[发明专利]溅射靶/底板组件的制造方法

说明书

发明领域

本发明涉及接合的溅射靶/底板组件及其制造方法。更具体而言，在制造这种组件时，其中一个接合面经过粗糙化处理以获得至少约120Ra的表面粗糙度，或者通过在接合面上钻出多个孔而得到处理。这种表面处理有助于在接合组件的溅射靶和底板之间形成机械互锁。

发明背景

阴极溅射广泛地用于将材料薄层沉积到所需的衬底上。这种方法基本上都需要靶的气体离子轰击，该靶的一个表面由有待以薄膜或薄层形式沉积到衬底上的所需材料形成。靶的离子轰击不仅使得靶材料的原子或分子被溅射，而且也对该靶赋予显著的热能。这部分热量扩散至底板的下方或周围，而该底板与靶成热交换的位置关系。该靶形成阴极组件的一部分，该阴极组件与阳极一起放置在充满惰性气体、优选为氩气的真空室中。一个高电压的电场施加在阴极和阳极之间。惰性气体与从阴极射出的电子碰撞而被电离。带正电的气体离子吸引至阴极并且与靶表面碰撞后撞出靶材料。撞出的靶材料穿过真空封闭件并且在通常邻近于阳极的所需衬底上沉积成薄膜。

除了使用电场之外，还通过同时采用一个弧形磁场提高溅射速度，该磁场叠置于电场之上并在靶的表面上形成闭合环路。这些方法以磁控溅射方法而为人们熟知。弧形磁场在邻近于靶表面的环形区域捕获电子，由此在该区域增加了电子-气体原子碰撞的数目，从而增加了在该区域撞击靶以撞出靶材料的气体正离子的数目。因此，靶材料在靶表面上称为靶轨道的总体为环形的部分内被消蚀。

在常规的靶阴极组件中，靶连接于非磁性底板上。底板通常是水冷的，以便撤除由靶的离子轰击所产生的热量。磁铁通常设置在底板下方十分确定的位置，以便形成以环路或围绕靶之暴露面延伸的隧道形式的上述磁场。

为了获得靶与底板之间的良好的热接触和电接触，这些部件通常借助于软钎焊、硬钎焊、扩散接合、夹紧或环氧树脂粘合剂来相互连接。

在某种程度上，软焊剂可以承受在冷却过程中产生的作用在靶/底板组件上的应力。这些应力由于靶和底板金属之间可能存在的热膨胀系数的显著差异之故而可能相当大。然而，与“软”焊剂相关的软低连接温度减小了靶在溅射过程中可操作的温度范围。

在某些情况下，为了克服利用焊接连接一层或多层不可湿润材料的问题，采用预涂覆一层金属来增强可焊性。可通过电镀、溅射或其它常规方法来施加这些涂层。

在某种程度上可适用且也实际用于靶连接的另一种方法是爆炸接合或焊接。采用这种技术，产生了将固态接合与基于以“喷射流”形式产生的表面不规则性的机械互锁结合起来的接合。这种接合是强力且可靠的。在动态接合脉冲过程中，初始配合表面的破裂导致无须极高的表面洁净度或预加工。参见例如John G. Banker等人，“爆炸焊”(“Explosion Welding”)ASM手册(ASM Handbook)第6卷，焊接、硬钎焊和软钎焊(Welding，Brazing and Soldering)，303-305页(1993年)。

光滑表面的扩散接合是一种可用接合方法，但仅限于用于溅射靶组件的接合。通过向材料表面加压使之紧密接触，同时施加热量以在接合界面之间产生不同程度的冶金接合和扩散来产生所述接合。接合助剂，即更易于连接的金属组合物有时也施加在待接合的一或两个表面上。这些涂层可以通过电镀、电解镀、溅射、蒸汽沉积或可用以沉积粘附金属薄膜的其它技术来施加。同样可以在接合部件之间加入金属箔，该箔可更易于接合到待连接材料的任何一个上。待连接的表面可以通过化学或其它方法除去将干扰接合的氧化物或其化学薄膜来制备。

用于接合的另一种技术在美国专利5,230,459中得以描述，它包括在待固态接合的其中一个部件的表面上提供机加工凹槽的步骤。这一特征在加热的压力应用中引起相关部件的接合表面破裂。具有更大强度或硬度的材料通常设有凹槽，使得在接合过程中，该材料将渗入较软的部件中，而较软的金属基本上充满了凹槽。

当焊接剂对本应用而言太过薄弱时，具有很大区别之热膨胀率的材料的焊接接合易出现剪切破坏，这种剪切破坏从接合界面之末端边缘开始。通常产生的结果是在使用期内脱离接合。需要在难于湿润之材料上施加中间涂层，并且需要焊剂又带来各种问题，包括所施加涂层的粘合可靠性以及施加涂层显著提高的成本。用于高效应用的更高熔化温度的焊剂是更加强有力的，却更不能容许在材料系统中出现应力。大尺寸的靶带来更大应力的问题以及更大的在整个接合表面上产生稳固结合的困难。随着溅射靶的尺寸和功率要求的提高，软焊剂更不能适用于所涉及材料系统的连接。